计算机程序设计艺术

《计算机程序设计艺术》（英语：The Art of Computer Programming），简称TAOCP，是美国计算机科学家高德纳（Donald Ervin Knuth）编著的关于计算机程序设计之七卷本著作。作者并因此获得美国计算机协会1974年图灵奖。^[1]

概述

高德纳

1962年，高德纳还是个研究生的时候就开始了程序设计的工作，在攻读博士期间，艾迪生韦斯利公司（Addison-Wesley）的顾问Richard Varga找他出书，因课业繁忙，一时没时间草稿。1963年高德纳获得加州理工学院数学博士学位，开始投入撰写工作。1968年，当时31岁的高德纳完成前六卷并首次出版，一口气写了三千多页，自此他计划写7卷。1999年底被《美国科学家》（American Scientist）期刊列为20世纪最佳12部学术专著之一，与狄拉克的“量子力学”、爱因斯坦的“相对论”、本华·曼德博的“分形论”、鲍林的“化学键”、罗素和阿尔弗雷德·诺斯·怀海德的《数学原理》、约翰·冯·诺伊曼和摩根斯坦的“博弈论”、维纳的“控制论”、伍德沃和霍夫曼的“轨道对称性”、费曼的“量子电动力学”等科学史上的重要著作并列必读经典^[2]。至1976年，已卖出超过一百万册。

任何人发现书上的错误，都可以向他举发，并领取2.56美元，因为“256美分刚好是十六进制的一美元”（256 pennies is one hexadecimal dollar.）^{[注 1]}。比尔·盖茨在1995年说，“如果你认为你是一名真正优秀的程序员，就去读第一卷，确定可以解决其中所有的问题。”“如果你能读懂整套书的话，请给我发一份你的简历。”《计算机程序设计艺术》是高德纳一生中最重要的事业，他写这本书的目的是“组织和总结所知道的计算机方法的相关知识，并打下坚实的数学、历史基础”。

同时高德纳在进行第二卷的校样时，发觉书商把他书中的数学式子排得太难看了，因此发明数学排版软件TeX，和字形设计系统METAFONT。等到他再回来要写第四册的时候，发现他想讨论的东西，现在都写成API了^{[来源请求]}。1992年高德纳自大学退休，处于隐居的生活，退休的原因是为了完成TAOCP这部巨著，他估计大约要花20年来完成。第四册预计分为A、B、C、D四个分卷出版，其中A分卷已于2005年和2011年陆续出版了平装本和精装本。

章节

• 第一册 - 基础算法（Fundamental Algorithms）
  • 第一章 - 基本概念（Basic concepts）
  • 第二章 - 信息结构（Information structures）
• 第二册 - 半数值算法（Seminumerical Algorithms）
  • 第三章 - 随机数（Random numbers）
  • 第四章 - 算术（Arithmetic）
• 第三册 - 排序与搜索（Sorting and Searching）
  • 第五章 - 排序（Sorting）
  • 第六章 - 搜索（Searching）
• 第四册 - 组合算法（Combinatorial Algorithms），准备中（至2009年4月已出版五个分册），测试版本已上传到Knuth's的网站（页面存档备份，存于互联网档案馆））。
  • 第4A卷 - 枚举与回溯（Enumeration and Backtracking）
    • 第七章 - 组合的搜索（Combinatorial searching）
  • 第4B卷 - 图形与网络算法（Graph and Network Algorithms）
    • 第七章 - 续（continued）
  • 第4C及4D（可能）卷 - 优化与递归（Optimization and Recursion）
    • 第七章 - 续（continued）
    • 第八章 - 递归（Recursion）
• 第五册 - 造句算法（Syntactic Algorithms），计划中（预计2020年完成）。
  • 第九章 - 语句扫描（Lexical scanning）
  • 第十章 - 剖析技术（Parsing techniques）
• 第六册 - 与上下文无关语言理论（Theory of Context-Free Languages），计划中。
• 第七册 - 编译器技术（Compiler Techniques），计划中。

章节概述

第4A卷 - 枚举与回溯

• 7 - 导言（82pp）- 出版于第4卷，第0分册
  • 7.1 - 零和一（Zeros and ones）
    • 7.1.1 - Boolean basics (88 pp) - 出版于第4卷，第0分册
    • 7.1.2 - 布尔运算（Boolean evaluation）(67 pp) - 出版于第4卷，第0分册
    • 7.1.3 - Bitwise tricks and techniques (122 pp) - 出版于第4卷，第1分册
    • 7.1.4 - Binary decision diagrams (150 pp) - 出版于第4卷，第1分册
  • 7.2 - Generating all possibilities
    • 7.2.1 - Combinatorial generators（397 pp）
      • 7.2.1.1 - Generating all n-tuples - 出版于第4卷4,第2分册
      • 7.2.1.2 - Generating all permutations - 出版于第4卷，第2分册
      • 7.2.1.3 - Generating all combinations - 出版于第4卷，第3分册
      • 7.2.1.4 - Generating all partitions - 出版于第4卷，第3分册
      • 7.2.1.5 - Generating all set partitions - 出版于第4卷，第3分册
      • 7.2.1.6 - Generating all trees - 出版于第4卷，第4分册
      • 7.2.1.7 - History and further references - 出版于第4卷，第4分册

第4B卷 - 图论与网络算法

• • • 7.2.2 - Basic backtrack
    • 7.2.3 - Efficient backtracking
  • 7.3 - Shortest paths
  • 7.4 - Graph algorithms
    • 7.4.1 - Components and traversal
    • 7.4.2 - Special classes of graphs
    • 7.4.3 - Expander graphs
    • 7.4.4 - Random graphs
  • 7.5 - Network algorithms
    • 7.5.1 - Distinct representatives
    • 7.5.2 - The assignment problem
    • 7.5.3 - Network flows
    • 7.5.4 - Optimum subtrees
    • 7.5.5 - Optimum matching
    • 7.5.6 - Optimum orderings
  • 7.6 - Independence theory
    • 7.6.1 - Independence structures
    • 7.6.2 - Efficient matroid algorithms

第4C及4D卷 - 优化与递归

• • 7.7 - Discrete dynamic programming（也见传递矩阵法）
  • 7.8 - Branch-and-bound techniques
  • 7.9 - Herculean tasks (又名NP-hard问题）
  • 7.10 - Near-optimization
• 8 - 递归（Recursion）

英文版本

当前版本

按卷排序：

• 第一卷: Fundamental Algorithms. Third Edition (Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1997), xx+650pp. ISBN 0-201-89683-4
• 第一卷，第一分册: MMIX -- A RISC Computer for the New Millennium. (Addison-Wesley, February 14, 2005) ISBN 0-201-85392-2（will be in the fourth edition of volume 1）
• 第二卷: Seminumerical Algorithms. Third Edition (Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1997), xiv+762pp. ISBN 0-201-89684-2
• 第三卷: Sorting and Searching. Second Edition (Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1998), xiv+780pp.+foldout. ISBN 0-201-89685-0
• 第四卷，第零分册: Introduction to Combinatorial Algorithms and Boolean Functions, (Addison-Wesley Professional, April 28, 2008) vi+240pp, ISBN 0-321-53496-4
• 第四卷，第一分册: Bitwise tricks & techniques; Binary Decision Diagrams (Addison-Wesley Professional, March 27, 2009) viii+260pp, ISBN 0-321-58050-8
• 第四卷，第二分册: Generating All Tuples and Permutations, (Addison-Wesley, February 14, 2005) v+127pp, ISBN 0-201-85393-0
• 第四卷，第三分册: Generating All Combinations and Partitions. (Addison-Wesley, July 26, 2005) vi+150pp, ISBN 0-201-85394-9
• 第四卷，第四分册: Generating all Trees -- History of Combinatorial Generation, (Addison-Wesley, February 6, 2006) vi+120pp, ISBN 0-321-33570-8

以前版本

按出版日期排序：

• 第一卷，第一版, 1968年. 634pp. ISBN 0-201-03801-3.
• 第二卷，第一版, 1969年, xi+624pp, ISBN 0-201-03802-1.
• 第三卷，第一版, 1973年, xi+723pp+centerfold, ISBN 0-201-03803-X
• 第一卷，第二版, 1973年, xiii+634pp, ISBN 0-201-03809-9.
• 第二卷，第二版, 1981年, xiii+ 688pp. ISBN 0-201-03822-6.

中译本

• 《计算机程序设计艺术(第1卷):基本算法》，国防工业出版社，译者：苏运霖，ISBN 978-7-118-02799-0
• 《计算机程序设计艺术(卷1):基本算法》，第三版，人民邮电出版社，译者：李伯民，范明，蒋爱军，ISBN 9787115360670（出版时间：2016年）

注释

1. 1999年，高德纳教授腾出时间回复了所有信件，共汇出125张支票。其中Axel Böttcher曾先后5次得到2.56美元的支票，3次得到5.12美元的支票。

参考文献

1. 1974 – Donald E. Knuth See the ACM Author Profile in the Digital Library^{[永久失效链接]}
2. American Scientist Online - 100 or so Books that shaped a Century of Science. [2009-07-31]. （原始内容存档于2009-09-28）.

外部链接

• Overview of topics（页面存档备份，存于互联网档案馆） (Knuth's personal homepage)（英文）